Как физика помогает сбросить лишние килограммы?

Давайте разбираться, как всё-таки связаны квантовый эффект Холла (КЭХ) с килограммом.

Вскоре после открытия КЭХ стало понятно, что холловское сопротивление можно померить с невероятной точностью и очень-очень воспроизводимо. Более того, величина ступеньки сопротивления является константой, выражающейся через постоянную Планка и заряд электрона. Так КЭХ стал способом максимально точно измерить сопротивление через постоянную Планка и лег в основу метрологической реформы СИ 2019 года.

Основной идеей этой реформы является твердое закрепление значений постоянной Планка и электрического заряда, а также определение килограмма через них.

Экспериментально соответствие между постоянной Планка и килограммом устанавливается следующим образом. Для этого используется прибор — весы Киббла (или Ватт-весы). Они позволяют установить соответствие между электрической мощностью (внезапно измеряемой в ваттах) и килограммом. Принцип действия прост: у вас есть провод, по которому течет электрический ток. На такой провод в магнитном поле начинает действовать сила Ампера. Чтобы провод оставался в покое, соответствующую силу надо уравновесить силой тяжести (Киббл предложил чуть более хитрую двухступенчатую схему, чтобы повысить точность, но принцип действия тот же). Отсюда можно пересчитать значение массы в электрическое напряжение и ток. Наиболее точные эталоны вольта и амрера завязаны на квантовых эффектах: эффекте Джозефсона, который позволяет связать напряжение с частотой, и квантовом эффекте Холла, который помогает создать точный эталон сопротивления.

Таким образом, квантовый эффект Холла лег в основу определения не только интуитивно близких ему величин (Ома — единицы сопротивления), но и килограмма! Фанфакт: лауреат Нобелевской премии за КЭХ Клаус фон Клитцинг, любит приезжать на конференции со своей медалью и всем показывать) Он же на конференции по физике полупроводников 2018 анонсировал новую метрологическую реформу, которую мы сегодня обсуждали. И 20 мая 2019 года (в Международный день метрологии) она была принята. Ура!

Спасибо, что читали меня на этой неделе. Ставьте реакции/пишите, если такой формат заходит.

Начало недели метрологии можно почитать здесь.

#неделя_метрологии

Только мы с вами закончили неделю метрологии, у нас в институте началась конференция. В связи с этим схлестнулись 1001 задача под конец семестра и нерабочий вайб, который создаёт конфа. Вроде и работать надо, есть что мерить, есть к каким экзаменам готовиться. Но тут доклады, тут фуршет, тут знакомые из других институтов приезжают. В итоге я не работаю толком, а играю в музыкальные, блин, стулья, чтобы и здесь успеть, и там, и ещё где-то. Нет никаких идей, как эту неделю себе облегчить, поэтому план — пережить. Свехтревожность и большая загрузка компенсируется тем, что эта неделя всё-таки довольно социальная и не рутинная (хотя у нас порой что ни день, то происшествие), поэтому оп-оп, живём-живём.

Сегодня уронила горячий паяльник и усилием воли заставила себя отскочить. Уже тянулась ловить его, ага. По привычке тяжело себя остановить.

Записываем: мы НЕ ЛОВИМ горячие, холодные, острые предметы. Себе дороже.

Моя работа научила меня мыть руки лучше, чем ковидная пандемия. Без шуток.
Большая часть моей работы представляет из себя делание чего-то руками вроде:

- ой, ты паяешь с припоем? привет, там свинец)

- о, образцы точишь и весь перемазался в смеси алмазной пасты и крошки/пыли от образцов. а что точишь? Галий арсенид (GaAs)? Мммм, вкусно (лат. arsenicum — МЫШЬЯК).

- О, ты крепишь деталь паяльной пастой? Она выделяет какое-то говно при нагревании.

- Клеишь образец на цианокрилат? Что там в технике безопасности? ожоги, астма)

Короче каждое второе действие если не пытается тебя убить, то просто очень токсичное, а ты потом будешь есть/трогать лицо. Надеюсь, у вас не возникло желание вызывать службу по защите научных сотрудников) на самом деле все не так опасно, но лучше все-таки эти нюансы иметь в виду и лучше перебдеть.

Так что, друзья, моем руки почаще и скоблим под ногтями, да-да!

Сегодня в силу почти отсутствия сна (ничего особенного, мы готовили доклады, пока кошки бесоебили и отскакивали от стен) я старое больное животное. Тем временем карнавал конференции продолжается. В программе:

- студенческие лекции с утра
- доклады нашей секции до обеда
- экскурсия для студентов после обеда
- постерная сессия вечером

По плану вообще было много работать, но нетрудно догадаться, что основная часть времени/сил уходит на лавирование всех активностей, жонглирование делами и попытки урывками что-то толковое поделать. Дополнительные препятствия обеспечивают коллеги, уже на низком старте готовые к пятнице.

Надеюсь, такое нерабочее настроение не будет экстраполироваться дальше этой недели. Хотя случилось лето и очень хотелось бы, до конца сезона еще месяца полтора и мне надо-надо домучить свои измерения по диплому.

В честь моего недосыпа держите мем

Пока я всё ещё не в себе держите кулстори в форме треда:

@ я по ощущениям с какого-то лютого похмелья (на самом деле простуда/аллергия/отсутствие нормального сна/полбанки пива вчера), с квадратной головой, соплями, заложенными ушами
@ слышу какой-то глухой гудящий звук, который похож на приглушённый ор от бесперебойника (обычно посторонние звуки это очень плохой знак, либо что-то не так с насосом, либо газ утекает)
@ убеждаюсь, что это не он и решаю, что это просто звук в моей голове (это подтверждается тем, что я слышу этот звук не постоянно)
@ думаю спросить у коллеги, который работает со мной в одной комнате, про звук, но стесняюсь узнать, что это реально звук в моей голове (Как говорила Гермиона, даже в мире волшебников экспериментаторов слышать голоса — плохой признак)
@ приходит научник и спрашивает меня, что за звук
@ крайне удивляюсь
@ начинаем исследовать и понимаем, что это из Лейдена (дорогущего криостата растворения)
@ проверяем показатели, все в норме, звук то появляется, то пропадает
@ понимаем, что у Лейдена СДЫХАЕТ ТУРБИНА

Я сегодня (сейчас же еще суббота, да?) на работе чуть ли не раньше, чем в будний день, оказалась. Так хотелось отоспаться, но криостаты мои, криостаты. Всю ночь писался сериал, пришла выключить его, посмотреть данные, проверить, что вчерашней грозой не вырубило что-то (и такое бывает). Попутно впервые побывала на взрослом азотном дежурстве. Прикладываю вам видюшку, как я медленно заливаю азот в дьюар и криостат (всего вышло 3 криостата, 2 дьюара и 2 ccd камеры).

прикинула, что дьюар с азотом весит 8.5 (пустой) + 12.8 (16л жидкого азота) = 21 кг, что вообще норм физкультура)

Сегодня наконец спаяли воедино детали вставки в оптический криостат, про которую писала в посте выше.

Основа вставки — нержа, паять ее оказалось не так просто. Для этого используют специальный флюс: ортофосфорную кислоту (если вам кажется, что это какая-то неприятная херня, вам не кажется). Так вот, вы можете кислотой нержу, греете ее огромным паяльником (царем-паяльником, да), прикладываете припой. Иногда для подмоги используют строительный фен (в народе — хитган). Паяние феном, как по мне, это отдельное искусство.

На самом деле удовлетворение от создания реальной, блин, вещи очень велико. Нарисовала чертежи, заказала детали, собрала вместе, тут подкрутила, там доделала. До измерений на криостате ещё не супер близко, надо тянуть провода, разъемы допаивать. Внезапно оказалось, что в задачу "сделать вставку" включена задача сделать стол для криостата (опять же: чертежи, детали у механиков, сборка), ну что ж. Все бьём на мелкие кусочки и делаем. Этапы смотрите в карточках.

Сегодня проводила мини-расследование, чтобы разобраться, как правильно: эффект Дрессельхауз или эффект Дрессельхауза (да, я душнила, что вы мне сделаете). Сетап следующий: есть муж и жена Дрессельхауз, оба крутые физики очень известные с большим количеством совместных работ по физике конденсированного состояния, причем жена даже чуть более, насколько я понимаю. Хирш у нее за 200, чтобы вы понимали))0 так вот именем Дрессельхауз назван один из типов спин-орбитального взаимодействия (давайте пока не вдаваться в подробности, я могу долго об этом трындеть).

Недавно на курсе по спиновой физике у нас в связи с этим состоялась профем минутка, где лектор отметил, что, мол, правильно говорить эффект Дрессельхауз и это заслуга именно Милдред. Круто, подумала я, что у нас такая прогрессивная повестка, но через время мне пришлось это фактчекнуть (опять же, по причине душнильства).

И вот что нашел ваш маленький Шерлок:

- оригинальная статья Джина Дрессельхауза (1955 год публикации)
- по данным новостного сайта MIT Дрессельхаузы поженились в 1958

Таким образом, эффект все-таки его, но я не думаю, что это уменьшает крутость Милдред, которую называют причастной к Нобелевке Новоселов/Гейм (оба кстати выходцы из, гм, Черноголовки). Такие дела)

На самом деле я пытаюсь заниматься подготовкой к экзамену по спиновой физике и меня сильно мотает то в глубину курса, то во всякие ништяки вовне (вроде истории выше).

Перед экзаменом нам выдали по статье и попросили сделать доклад. Звучит лайтово, но я встала на свои обычные рельсы: сходить по всем референсам, начать ходить в референсы референсов (чтобы вы могли читать референс, пока читаете референс, гы). Так вот эта кроличья нора может оказаться сколь угодно глубокой. Что важно помнить? После того, как вы опуститесь по этому дереву, надо будет подняться обратно. И если опускаться может быть интересно, можно не сильно следить за временем и наслаждаться раскапыванием новых и новых слоев вашей работы, пока... вы не поймете, что остался один день и вам надо собрать все в кучу, сделать презентацию и быть готовым к битве с боссом.

В этой точке я нахожусь сейчас, потому что всю прошлую неделю у нас было жонглирование работы, конференции и задач по оптике полупроводников. Вчера и сегодня мы интенсивно мерим мой диплом (ура), и я почти потеряла бдительность, но сегодня мой лектор (по совместительству мой научный руководитель) предупредил, что завтра будет жарко. И у меня загорелась жопа)

"Firmly, but gently"

Сегодняшний разговор я начинаю с цитаты из инструкции по эксплуатации криостата растворения. В лабе есть очень много тонких вещей, которые надо знать/чувствовать, но при этом формализовать их в алгоритмы или методички не получается.

На примерах:
Надо сделать контакты к образцу. Образец — квадратик толщиной 200 микрон. Тонюсенький, нежный и очень ценный. Чтобы получить контакты, делают царапину и запаивают её индием. Внимание, вопрос: как процарапать так, чтобы образец не растрескался на кусочки (= не был уничтожен)? Firmly, but gently — было мне ответом.

Еще пример вокруг:
Во время изготовления контактов надо закрепить образец. Ок, понял, не тупой. Звучит просто, пока не сядешь за дело. А где закрепить? На какой клей? Как этот клей размазать? А как снять образец аккуратно? А как снять остатки клея с образца? В каждом вопросе о микроскопической детали кроется фишка, которая может облегчить жизнь. Такие нюансы становятся локальным фольклором и передаются новому поколению, частью которого я являюсь. Кажется, муторно, но я вижу в этом очень большое очарование, будто лучше знакомишься с материалами/инструментами, которые тебя окружают и знаешь ко всему подход. Эти вещи и отличают аккуратную работу от неряшливости, присущей попыткам с наскока (которых у меня, стоит признаться, было немало).

(Здесь могла быть история о том, как моему коллеге при обучении бондингу сказали, что усилие на рычаг, опускающий иглу микросварки, должно быть как при касании клитора, но нет)

Вчера у нас пал смертью храбрых седьмой образец за последние два месяца. Для моей психики это стало последней каплей и меня дёрнуло в кипящую пучину самобичевания. Весь вечер ходила как в воду опущенная, ныла, отказывалась нормально питаться, спать.

Моя рациональная часть, конечно, пытается меня убеждать, что не все так плохо и приводит факты:
за два месяца мы испытали несколько очень жестких неудач, когда образцы переставали работать сразу же после охлаждения в гелии, и вот чего мы добились:
- мы сделали образцы, контакты которых не вымерзают, сами образцы не трескаются
- мы повысили качество и смогли видеть на этих образцах правильные зависимости сопротивлений
- усложнили форму, перейдя от ван дер Пау (квадратиков) до холлбаров (узких мостиков Холла) (эта фаза тоже была непростой и далась не сразу: первые образцы с мезами почти все не работали, потому что трещина на ван дер Пау это минус контакт, а трещина по мезе — минус образец)
- дальше были тесты на тему того, надо ли делать задний затвор (это улучшало качество картинки, но закрывало другие возможности)

Короче так или иначе! Ряд сходится! Больше усилий — больше попыток — каждая попытка лучше предыдущей и даже неудача дает опыт, который помогает избежать следующей неудачи. Мы буквально поднимаемся по пирамиде Маслоу, каждый раз повышая запросы к себе, образцам и физике, которую мы наблюдаем.

И все бы ничего, но мой рептилий мозг каждую удачу воспринимает так: ура, мы преодолели трудности, стали умнее/выше/сильнее (нужное подчеркнуть), и больше с нами такого не случился. А потом — оп! И образец трескается. И моя психика каждый раз трескается вместе с ним и на меня выливается череда самокопания, вихрь хандры, вот это вот "все было зря" и т.д. Короче все черти приходят из ада, чтобы сказать мне, какая я растакая.

По факту с улучшением качества образцов мы не можем полностью исключить вероятность того, что все сломается. Остаётся только делать новые образцы и пытаться снова. Этим мы и были заняты сегодня, погрузили новый образец. Так что на следующей неделе мы узнаем про эти образцы и то, как с ними работать, что-то новое. Этих мыслей мне хватило, чтобы вытянуть себя немного из грусть-тоски.

Удивительным образом обнаружила, что сегодня воскресенье, и начала готовиться к экзамену в среду. Простая арифметика: 14 билетов, за три дня повторю штук по пять. Но есть один нюанс: завтра я и работаю, и дела по дому пытаюсь делать. Во вторник я плотно работаю в лабе и готовиться буду урывками, не строю иллюзий. А в среду экзамен как бы УЖЕ. Получается дней не три, а максимум полтора и мне надо бы ускоряться.

В связи с этим сегодня было произведено поджигание жопы с последующим четырех часовым ботом. Завтра планирую сделать ещё пару подходов.

Экзамен сам по себе забавный:
- это один из последних курсов, которые я закрываю в принципе (на шестом курсе у меня как таковых предметов быть не должно).
- это оптика. Ей занимаются мои близкие коллеги по лабе, но я с ней не связана в работе совсем, поэтому мне одновременно и интересно, и есть чувство, что нахрен оно мне сдалось, поэтому продираемся через отрицание.
- похоже это будет самый классический и жёсткий экзамен по построению в этом семестре. На другом предмете были автомат/доклад по статье/выдача одного билета за 12 часов до экзамена. А тут вроде планируется тянуть билеты на месте, как принято почти везде на младших курсах. Ну что ж)

П.с. поставила наконец аватарку, ждите на днях рассказ об институтской чистой зоне)